(57)【要約】【課題】  空気調和装置の効率をさらに向上させること。【解決手段】  圧縮機２、四方弁３、内部を冷媒および搬送媒体が通過する中間熱交換器６、膨張弁５および室外熱交換器４を有する室外側サイクル８と、超臨界領域に加圧された搬送媒体を循環させる搬送媒体駆動装置１０、中間熱交換器６および少なくとも一台の室内熱交換器１１を有する室内側サイクル１３とを具備し、中間熱交換器６において室外側サイクル８を循環する冷媒と室内側サイクル１３を循環する搬送媒体とを熱交換させる空気調和装置１であって、冷媒を非共沸混合冷媒とし、中間熱交換器６が暖房運転時に混合冷媒と顕熱変化する搬送媒体とを対向流として熱交換させる。【選択図】  図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機、運転モードにあわせて前記圧縮機から吐出された冷媒の流路を切り替える四方弁、内部を冷媒および搬送媒体が通過する中間熱交換器、冷媒を減圧・膨張させて低温・低圧の冷媒にする膨張弁、および内部を通過する冷媒と外気との熱交換を行う室外熱交換器を有する室外側サイクルと、
超臨界領域に加圧された搬送媒体を循環させる搬送媒体駆動装置、前記中間熱交換器、および内部を通過する搬送媒体と室内へ送風される空気との熱交換を行う少なくとも一台の室内熱交換器を有する室内側サイクルとを具備し、
前記中間熱交換器において前記室外側サイクルを循環する冷媒と前記室内側サイクルを循環する搬送媒体とを熱交換させる空気調和装置であって、
前記冷媒を非共沸混合冷媒とし、前記中間熱交換器が暖房運転時に前記冷媒と顕熱変化する前記搬送媒体とを対向流として熱交換させることを特徴とする空気調和装置。
【請求項２】
前記圧縮機が複数段圧縮を行うことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
【請求項３】
前記搬送媒体が超臨界流体の二酸化炭素（ＣＯ２）であることを特徴とする請求項１または２に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、搬送媒体を超臨界領域に加圧して室内側サイクル内に封入し、この搬送媒体を室内側サイクル内で循環させることにより空調動作を行わせる空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
搬送媒体を超臨界領域に加圧して室内側サイクル（「二次側サイクル」あるいは「利用側サイクル」ともいう）内に封入し、この搬送媒体を室内側サイクル内で循環させることにより空調動作を行わせる空気調和装置としては、たとえば、室外側サイクル（「一次側サイクル」あるいは「熱源側サイクル」ともいう）を循環する冷媒との熱交換により、搬送媒体を加熱したりあるいは冷却したりするものがある（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−７９６７４号公報（たとえば、図７参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年においては地球温暖化等の環境問題に対処するため、空気調和装置においてもそのエネルギー消費効率（ＣＯＰ：Coefficient of performance）をさらに向上させることが望まれている。
しかしながら、上述した従来技術の室外側サイクルにおいては、単段圧縮で運転される圧縮機の冷媒出口温度が一定の場合、冷媒の蒸発温度を一つに設定して運転する必要がある。このため、空調負荷にかかわらず入口圧力と出口圧力との差圧が大きくなり、圧縮機の仕事量が必要以上に大きくなる圧縮運転を行わなければならない運転領域を生じることになるので、換言すれば冷媒を圧縮するのに多くの圧縮機駆動動力を消費することとなるので、結果としてエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を低下させるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、空気調和装置の効率をさらに向上させることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の空気調和装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、運転モードにあわせて前記圧縮機から吐出された冷媒の流路を切り替える四方弁、内部を冷媒および搬送媒体が通過する中間熱交換器、冷媒を減圧・膨張させて低温・低圧の冷媒にする膨張弁、および内部を通過する冷媒と外気との熱交換を行う室外熱交換器を有する室外側サイクルと、超臨界領域に加圧された搬送媒体を循環させる搬送媒体駆動装置、前記中間熱交換器、および内部を通過する搬送媒体と室内へ送風される空気との熱交換を行う少なくとも一台の室内熱交換器を有する室内側サイクルとを具備し、前記中間熱交換器において前記室外側サイクルを循環する冷媒と前記室内側サイクルを循環する搬送媒体とを熱交換させる空気調和装置であって、
前記冷媒を非共沸混合冷媒とし、前記中間熱交換器が暖房運転時に前記冷媒と顕熱変化する前記搬送媒体とを対向流として熱交換させることを特徴とするものである。
【０００６】
このような空気調和装置によれば、冷媒を非共沸混合冷媒とし、中間熱交換器では暖房運転時に非共沸混合冷媒と顕熱変化する搬送媒体とを対向流として熱交換させるので、非共沸混合冷媒特有の温度すべりにより、顕熱変化する搬送媒体との温度差を小さく設定して効率のよい運転が可能となる。すなわち、搬送媒体が顕熱変化する温度の傾斜とほぼ平行となるように温度すべりの傾きを設定し、かつ、その温度差を最小に設定すれば、圧縮機側の運転動力を抑制して効率のよい運転が可能となる。
【０００７】
上記の空気調和装置において、前記圧縮機が複数段圧縮を行うことが好ましく、これにより、顕熱変化する搬送媒体との温度差をより一層広範囲にわたって小さく設定することができる。
この場合、圧縮機の複数段圧縮は、１台の複数箇所から途中抽気したものでもよいし、あるいは複数台の圧縮機を直列に配列したものでもよい。
【０００８】
上記の空気調和装置において、前記搬送媒体が超臨界流体の二酸化炭素（ＣＯ２ ）であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の空気調和装置によれば、暖房運転時の中間熱交換器において、温度すべりを有する非共沸混合冷媒と顕熱変化する搬送媒体とが対向流となって熱交換するようにしたので、搬送媒体が顕熱変化する温度の傾斜とほぼ平行となるように温度すべりの傾きを設定して温度差を最小にすれば、圧縮機側の仕事量を最適化して圧縮機駆動動力の消費量を低減できるようになるため、空気調和装置のエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を向上させることができる。また、冷媒と搬送媒体とが対向流となって熱交換するので、搬送媒体の出口温度を高く設定できるようになり、従って、これによっても空気調和装置の暖房運転時にエネルギー消費効率（ＣＯＰ）を向上させることができる。
さらに、圧縮機が複数段圧縮を行うようにすれば、顕熱変化する搬送媒体との温度差をきめ細かく広範囲にわたって小さく設定することができるので、空気調和装置のエネルギー消費効率（ＣＯＰ）をより一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明による空気調和装置の一実施形態を示す概略構成図である。図１に示す空気調和装置１は、圧縮機２、四方弁３、室外熱交換器４、膨張弁５、中間熱交換器６、および配管７を主たる要素として有する室外側サイクル８と、前記中間熱交換器６、搬送媒体駆動装置１０、室内熱交換器１１、および配管１２を主たる要素として有する室内側サイクル１３とを具備するものである。
【００１１】
圧縮機２は、低温・低圧の混合冷媒のガス（混合冷媒は純物質の冷媒をある組成比率で混合させたものであり、たとえばプロパン、ブタン、イソブタンなど複数種類の炭化水素冷媒（炭素（Ｃ）および水素（Ｈ）が含まれる冷媒）を混合したものがある）を吸引して圧縮し、高温・高圧のガス状混合冷媒として送出するものである。
四方弁３は、圧縮機２の下流側に設けられるとともに、圧縮機２から吐出された混合冷媒（以下、「冷媒」と省略する）の流路を冷房運転時と暖房運転時とで切り替えるものであり、暖房運転時（図において実線矢印で示す方向に冷媒を循環させる時）には、圧縮機２から中間熱交換器６に向かう流路を形成し、一方、冷房運転時（図において破線矢印で示す方向に冷媒を循環させる時）には、圧縮機２から室外熱交換器４に向かう流路を形成するように構成されている。
室外熱交換器４は、冷房運転時に高温高圧のガス状冷媒を凝縮液化させて外気に放熱するコンデンサとして機能し、逆に暖房運転時には低温低圧の液状冷媒を蒸発気化させて外気から熱を奪うエバポレータとして機能するものである。
膨張弁５は、内部を通過する冷媒を減圧・膨張させて低温・低圧の冷媒にする機能を有するものである。
【００１２】
中間熱交換器（「冷媒間熱交換器」ともいう）６は、室外側サイクル８を循環する冷媒と室内側サイクル１３を循環する搬送媒体との間で熱の授受を行わせるものであり、暖房運転時には室外側サイクル８を循環する冷媒により、室内側サイクル１３を循環する搬送媒体が加熱され、冷房運転時には室外側サイクル８を循環する冷媒により、室内側サイクル１３を循環する搬送媒体が冷却されるようになっている。また、この中間熱交換器６の入口近傍に位置する配管７には温度センサＴが設けられており、この温度センサＴにより検出された配管７内の冷媒温度データが制御器１４に出力されるようになっている。
配管７は、これら圧縮機２、四方弁３、室外熱交換器４、膨張弁５および中間熱交換器６を接続するとともに、これら構成要素間を冷媒が循環できるようにするものであり、これにより室外側サイクル（「一次側サイクル」あるいは「熱源側サイクル」ともいう）８が形成されている。
【００１３】
搬送媒体駆動装置１０は、たとえばポンプや圧縮機のような流体の圧送手段であり、超臨界状態の搬送媒体（たとえば、二酸化炭素（ＣＯ２）など）を送出して、室内側サイクル１３の中で循環させるものである。
室内熱交換器１１は、内部を通過する搬送媒体と、室内へ送風される空気との熱交換を行うものであり、冷房運転時にはいわゆるエバポレータとして、また暖房運転時にはいわゆるコンデンサとして機能するものである。
配管１２は、中間熱交換器６、室内熱交換器１１、および搬送媒体駆動装置１０を接続するとともに、これら構成要素間を搬送媒体が循環できるようにするものであり、これにより室内側サイクル（「二次側サイクル」あるいは「利用側サイクル」ともいう）１３が形成されている。
また、各室内熱交換器１１の上流側に位置する配管１２にはそれぞれ流量調整弁１６が設けられており、中間熱交換器６から室内熱交換器１１に流れ込む搬送媒体の量がそれぞれ調整されるようになっている。
【００１４】
さて、上述した室外側サイクル８で使用される非共沸混合冷媒は、温度すべりまたは温度勾配と呼ばれる単一冷媒にはない特性を有している。この温度すべりは、非共沸混合冷媒が一定圧力下で凝縮・蒸発の相変化をする場合、開始時と終了時との温度が異なって一定にならない現象のことである。すなわち、一般に「非共沸混合冷媒」と呼ばれる混合冷媒は、ある圧力における飽和ガス温度と飽和液温度との間に温度差を有するものとなる。（一方、飽和ガス温度と飽和液温度が同一となる混合冷媒は、「共沸混合冷媒」と呼ばれる。）
非共沸混合冷媒の具体例としては、プロパンおよびイソブタンをそれぞれ５０ｗｔ％混合したものがあり、５℃の温度すべりが生じる。なお、非共沸混合冷媒の他の具体例としては、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０４ＡおよびＲ４０７Ｃなどがある。
【００１５】
ここで、上述した温度すべりの現象について、図２に示すモリエル線図（ｐ−ｈ線図）を参照して簡単に説明する。
圧縮機２で圧縮された低温低圧のガス状非共沸混合冷媒は、図中の点ａから点ｂまで圧力上昇して高温高圧のガス冷媒となり、点ｂから点ｃに至る熱交換器内の等圧変化で凝縮する。このとき、点ｂにおける冷媒の温度をｔｉとすれば、この冷媒温度ｔｉが暖房運転時における中間熱交換器６の入口温度となり、同熱交換器６内で対向流の搬送媒体と熱交換して凝縮液化した後の冷媒出口温度はｔｏに低下する。このような温度変化（ｔｉ→ｔｏ）の過程において、凝縮を開始する飽和ガス温度ｔ１と、凝縮が完了する飽和液温度ｔ２との間に温度差が生じ、この温度差が温度すべりと呼ばれる。従って、中間熱交換器６内で状態変化する非共沸混合冷媒の平均飽和温度ｔは、下記の数式により求められる。
ｔ＝（ｔ１＋ｔ２）／２
【００１６】
また、図中の破線表示は、単一冷媒の場合を示しており、同じ飽和ガス温度ｔ１とするには、圧縮機２で点ｂ′まで加圧する必要がある。すなわち、同じ飽和ガス温度ｔ１とするためには、混合冷媒の点ｂより高圧の点ｂ′まで加圧することが必要であることがわかる。
【００１７】
ところで、上述した超臨界流体の搬送媒体は、少しの温度差でも多くの熱量（エンタルピ）変化が得られる領域を有している。図３は、超臨界流体の一例として二酸化炭素の特性を示した等圧線図であり、臨界圧限界から１０MPa あたりまでの等圧線はエンタルピの増加に対して温度上昇が比例していない。これは、７．６Mpa まで二相域（潜熱域）が存在している影響を受けて、超臨界域でも等圧線に歪みが残っているためである。
このような領域では等圧線が凹状となり、曲線の傾斜が非常に小さくなって水平線に近い部分（低傾斜部）が存在するので、この部分を有効利用することにより、冷媒との温度差が少ない熱交換であっても大きな熱量変化を得ることができる。ちなみに、超臨界流体が二酸化炭素の場合には、実用的な最低温度レベルを５０℃以下に設定すれば、等圧線の凹曲線部分に存在する低傾斜部を利用して小さな温度差から大きな熱量変化を得ることができるので、暖房運転時における中間熱交換器６の出口温度が高くなり、ＣＯＰの向上に有効である。
【００１８】
図４は、上述した超臨界流体の低傾斜部を利用した中間熱交換器６における冷媒と搬送媒体との熱交換（温度変化）を示したものであり、横軸の熱交換距離に応じて変化する温度が縦軸に示されている。なお、図中の１次側は非共沸混合冷媒、２次側は顕熱変化する搬送流体（超臨界流体）であり、参考例として単一冷媒の温度変化が想像線で示されている。
図４は圧縮機２が単段圧縮の場合を示しており、対向流とした暖房運転の場合には、１次側が図中の右（入口）から左（出口）へ流れて熱交換による温度変化（温度低下）及び状態変化をし、２次側が図中の左（入口）から右（出口）へ流れて温度変化（温度上昇）する。この場合、２次側の搬送媒体は顕熱変化であるから、熱交換距離の増加に応じて温度の高い１次側から吸熱して昇温する。
【００１９】
熱源となる１次側の非共沸混合冷媒は、圧縮機２から高温高圧のガス状態（気相）で中間熱交換器６に供給された後、２次側の搬送媒体と熱交換することにより液冷媒（液相）となって熱交換器外へ流出する。すなわち、入口温度ｔｉのガス状態で中間熱交換器６に導入された混合冷媒は、出口温度ｔｏの液状態で流出することとなる。このとき、中間熱交換器６内には温度すべりを有する気液二相域の非共沸混合冷媒が存在する。この非共沸混合冷媒は、飽和ガス温度ｔ１で凝縮を開始し、飽和液温度ｔ２で凝縮を完了する。そして、このような温度すべりを有する凝縮により発生した凝縮熱の加熱を受けて、２次側の搬送媒体が温度上昇することとなる。
【００２０】
従って、中間熱交換器６内で凝縮する非共沸混合冷媒は、２次側の搬送媒体と同じ方向に傾斜する温度勾配を有するものとなり、二つの傾きを略平行に設定することができる。すなわち、想像線で示す凝縮温度が一定の単一冷媒と比較すれば、右上がりに温度上昇する２次側の温度変化と略平行な温度すべり（温度勾配）の非共沸混合冷媒を選択することにより、中間熱交換器６内の広い範囲にわたって温度差を略最小に設定した熱交換が可能となる。
図示の例では、１次側の凝縮開始温度（飽和ガス温度）がｔ１に設定されており、この凝縮開始温度ｔ１の設定に応じて２次側の出口温度が決まる。すなわち、露付き点における凝縮温度ｔ１と吸熱側の超臨界流体温度との温度差（Δｔ）により、実質的に２次側の出口温度が決まることとなる。
【００２１】
このような非共沸混合冷媒を採用した対向流の熱交換では、単一冷媒を非共沸混合冷媒と同じ入口温度ｔｉに設定する場合と比較して、換言すれば、単一冷媒を非共沸混合冷媒と同じ飽和ガス温度ｔ１に設定する場合と比較して、圧縮機２で圧縮する圧力を低くすることができる。すなわち、同じ飽和ガス温度ｔ１に設定する場合、図２に示すように、圧縮機２による加圧圧力は単一冷媒より非共沸混合冷媒の方が低くなるので、その分圧縮機２の駆動動力を低減することができる。従って、圧縮機２のエネルギー消費量を低減し、空気調和装置１のＣＯＰを向上させることができる。
【００２２】
また、非共沸混合冷媒の平均飽和温度ｔを単一冷媒の飽和温度ｔ１と同じにする場合（図２参照）、すなわち、圧縮機２による圧縮圧力を同じにした場合、温度すべりのある非共沸混合冷媒は単一冷媒と比較して入口温度ｔｉおよび飽和ガス温度ｔ１が高くなる。このため、圧縮機２のエネルギー消費量が同じであっても、中間熱交換器６では高温の冷媒により搬送媒体を加熱することが可能になるため、より高温に昇温させることができる。すなわち、単一冷媒と同じエネルギー消費量で搬送媒体をより高温にできるため、空気調和装置１のＣＯＰを向上させることができる。
【００２３】
ところで、上述した実施形態では、室外側サイクル８の圧縮機２を単段圧縮としたが、図５に示す他の実施形態のように、複数段圧縮が可能な構成の圧縮機２′としてもよい。この構成例では、複数台（図示の例では３台）の圧縮機Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が直列に配列されている。なお、この場合の冷媒および搬送媒体の流れ方向は暖房運転時の状態を示しており、中間熱交換器６内においては、互いに逆向きの対向流となっている。
図示した圧縮機２′は、高圧段側から順に３台の圧縮機Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が直列に配列されているが、室外熱交換器４から低温低圧のガス冷媒を導入する低圧段圧縮機Ｃ３の吐出側配管７ａが中圧段圧縮機Ｃ２に連結され、さらに、中圧段圧縮機Ｃ２の吐出側配管７ｂが高圧段圧縮機Ｃ１に連結されている。そして、高圧段圧縮機Ｃ１の吐出側に連結された配管７が、圧縮機２の吐出側配管として中間熱交換器６内の高温領域６ａに連結されている。
【００２４】
また、上述した複数段圧縮の圧縮機２においては、中圧段圧縮機Ｃ２の吐出側配管７ａから分岐したバイパス管Ｐ１および低圧段圧縮機Ｃ３の吐出側配管７ｂから分岐したバイパス管Ｐ２が中間熱交換器６内に導入される。中圧段圧縮機Ｃ２から分岐したバイパス管Ｐ１が中間熱交換器６内の中間温度領域６ｂに連結される上流側の途中（中間熱交換器６の外部）には、高圧段圧縮機Ｃ１から中間熱交換器６内に導入されて搬送媒体と熱交換した後の冷媒を流す配管７ｃが電磁開閉弁９ａを介して連結されている。
同様に、低圧段圧縮機Ｃ３から分岐したバイパス管Ｐ２が中間熱交換器６内の低温領域６ｃに連結される上流側の途中には、中圧段圧縮機Ｃ２から中間熱交換器６内に導入されて搬送媒体と熱交換した後の冷媒を流す配管７ｄが電磁開閉弁９ｂを介して連結されている。
なお、中間熱交換器６と室外熱交換器４とを連結する配管７には、電磁開閉弁９ｃが配設されている。
【００２５】
このように構成された複数段圧縮の圧縮機２′は、以下に説明するような運転を行うことにより、中間熱交換器６に供給する高温高圧のガス冷媒について、その吐出圧力を選択することが可能となる。
最初に、１台の低圧段圧縮機Ｃ３を運転し、最も低い圧力で吐出される冷媒を中間熱交換器６に供給する場合について説明する。このような運転では、電磁開閉弁９ａ、９ｂが共に閉とされ、残る電磁開閉弁９ｃのみが開とされる。この結果、室外熱交換器４から導入した低温低圧のガス冷媒は、低圧段圧縮機Ｃ３で昇圧されることにより比較的低圧のガス冷媒（質量流量Ｇ３）となり、低圧段圧縮機Ｃ３からバイパス管Ｐ２を通って中間熱交換器６の低温領域６ｃに供給される。
【００２６】
次に、２台の圧縮機Ｃ２、Ｃ３を運転し、中間圧力で吐出される冷媒を中間熱交換器６に供給する場合について説明する。このような運転では、電磁開閉弁９ａが閉とされ、他の電磁開閉弁９ｂ、９ｃが開とされる。この結果、室外熱交換器４から導入した低温低圧のガス冷媒は、低圧段圧縮機Ｃ３で昇圧した後、一部のガス冷媒（質量流量Ｇ２）が中圧段圧縮機Ｃ２を通過して２段階に昇圧される。こうして中間圧力となったガス冷媒（質量流量Ｇ２）は、圧縮機Ｃ２からバイパス管Ｐ１を通って中間熱交換器６の中間温度領域６ｂに供給され、さらに、低圧段圧縮機Ｃ３から直接供給されるガス冷媒（質量流量Ｇ３）と合流し、両ガス冷媒（質量流量Ｇ２＋Ｇ３）が低温領域６ｃを通過して搬送媒体と熱交換する。この場合、冷媒と搬送媒体とが対向流とされるため、搬送媒体は最初に低温領域６ｃで比較的温度の低い冷媒（質量流量Ｇ２＋Ｇ３）と熱交換して入口温度から昇温された後、より温度の高いガス冷媒（質量流量Ｇ２）と中間温度領域６ｂで熱交換して昇温される。このため、中間温度領域６ｂで熱交換する時には、中間熱交換器６の入口温度から１段階の温度上昇をした搬送媒体となっているので、効率の良い熱交換が可能となる。
【００２７】
最後に、３台の圧縮機Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を全て運転し、最も高い吐出圧力の冷媒を中間熱交換器６に供給する場合について説明する。このような運転では、電磁開閉弁９ａ、９ｂ、９ｃが全て開とされ、室外熱交換器４から導入した低温低圧のガス冷媒は、低圧段圧縮機Ｃ３で昇圧した後、一部のガス冷媒が中圧段圧縮機Ｃ２および高圧段圧縮機Ｃ３を通過して順次昇圧される。こうして高温高圧のガス冷媒（質量流量Ｇ１）が圧縮機Ｃ１から中間熱交換器６に供給され、高温領域６ａ、中間温度領域６ｂおよび低温領域６ｃの順に全て通過し、搬送媒体と熱交換する。また、中間温度領域６ｂについては、中圧段圧縮機Ｃ２から直接供給されるガス冷媒（質量流量Ｇ２）が加算され、合流したガス冷媒（質量流量Ｇ１＋Ｇ２）が通過して搬送媒体と熱交換する。さらに、低温領域６ｃについては、低圧段圧縮機Ｃ３から直接供給されるガス冷媒（質量流量Ｇ３）が加算され、合流したガス冷媒（質量流量Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３）が通過して搬送媒体と熱交換する。
【００２８】
このとき、冷媒と搬送媒体とが対向流とされるため、搬送媒体は最初に低温領域６ｃで比較的温度の低い冷媒（質量流量Ｇ１＋Ｇ２＋Ｇ３）と熱交換して入口温度から昇温された後、順次温度の高い中間温度領域６ｂおよび高温領域６ａでガス冷媒（質量流量Ｇ１＋Ｇ２）およびガス冷媒（質量流量Ｇ１）と熱交換して昇温される。このため、最も冷媒温度の高い高温領域６ａで熱交換する時には、中間熱交換器６の入口温度から２段階の温度上昇をした比較的高温の搬送媒体となっているので、効率の良い熱交換が可能となって搬送媒体の出口温度をより高温として取り出すことができる。
【００２９】
上述した複数段（３段）圧縮に非共沸混合冷媒を採用すれば、図６に示すように、２次側の出口温度を上述した単段圧縮と同じ値に設定する場合、吸熱側の顕熱変化に合わせて凝縮温度を複数（３段階）の温度レベルに設定することができる。図示の例では、質量流量Ｇ１のガス冷媒を供給する高圧段圧縮機Ｃ１の凝縮温度を図４の単段圧縮とほぼ同じ値に設定し、中圧段圧縮機Ｃ２および低圧段圧縮機Ｃ３の順に段階的に低い凝縮温度となるように設定されている。なお、冷媒の凝縮温度は圧力との相関関係があり、高圧時ほど高い温度となる。
そして、非共沸混合冷媒の温度すべりにより、各圧縮段で、あるいは、圧縮段毎に１次側の傾斜を２次側の温度上昇に合わせることができるので、単段圧縮と比較して、広い熱交換領域にわたってより一層２次側の温度上昇に近づけた設定が可能となる。換言すれば、搬送媒体の温度変化と略平行となるように温度差を小さく設定したきめ細かい運転が可能になるので、圧縮機２′の運転に消費する駆動力を低減して効率のよい運転が可能となる。
【００３０】
以上説明したように、本発明の空気調和装置１においては、非共沸混合冷媒の温度すべりを有効に利用して圧縮機２の仕事量を最適化することができるので、圧縮機駆動動力の消費量を低減してＣＯＰを向上させることができる。さらに、非共沸混合冷媒と搬送媒体とが対向流となって熱交換するので、搬送媒体の出口温度を高く設定できるようになり、これによっても空気調和装置１の暖房運転時におけるＣＯＰを向上させることができる。
【００３１】
また、上述した実施形態の複数段圧縮は、圧縮機を直列に配列して３段圧縮を行う圧縮機２′としたが、２段または４段以上の複数段圧縮を行うものとしてもよい。また、複数段圧縮については、複数の圧縮機を直列に配列するほかにも、たとえばスクロール圧縮機の途中から複数箇所で抽気することで、吐出圧力および凝縮温度が異なる複数段を形成してもよい。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、１次側の冷媒および２次側の搬送媒体を適宜選択して変更可能であるなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による空気調和装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】非共沸混合冷媒の温度すべり現象を説明するためのモリエル線図（ｐ−ｈ線図）である。
【図３】超臨界流体の一例として二酸化炭素の特性を示した等圧線図である。
【図４】中間熱交換器における１次側（冷媒）と２次側（搬送媒体）との熱交換（温度変化）について、単段圧縮の場合を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す図で、室外側サイクルの圧縮機が多段圧縮の場合を示す概略構成図である。
【図６】中間熱交換器における１次側（冷媒）と２次側（搬送媒体）との熱交換（温度変化）について、３段圧縮の場合を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  空気調和装置
２  圧縮機
４  室外熱交換器
５  膨張弁
６  中間熱交換器
８  室外側サイクル
１０  搬送媒体駆動装置
１１  室内熱交換器
１３  室内側サイクル
【図１】
2006017433.tif 000003
【図２】
2006017433.tif 000004
【図３】
2006017433.tif 000005
【図４】
2006017433.tif 000006
【図５】
2006017433.tif 000007
【図６】
2006017433.tif 000008